[发明专利]一种细晶组织TC4钛合金棒材及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种细晶组织TC4钛合金棒材及其制备方法，适用于Φ280mm～Φ920mm规格细晶组织TC4钛合金铸锭的工业化生产。通过在TC4钛合金国家标准允许的范围内，添加微量的P元素和S元素，通过后续的锻造可快速细化TC4钛合金棒材的β晶粒尺寸。利用本发明提供的制备方法制得的细晶组织TC4钛合金棒材，在相同的锻造变形量下，其β晶粒的平均晶粒度可提高4～5级，且β晶粒的平均晶粒尺寸减小50～80％，棒材的β晶粒尺寸不大于1mm。

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，涉及TC4钛合金棒材，具体涉及一种细晶组织TC4钛合金棒材及其制备方法。

背景技术

TC4钛合金名义成分为Ti-6Al-4V，是1954年美国研制成功的合金，由于它的耐热性、强度、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。

目前，大部分TC4钛合金产品均采用锻造或轧制的加工方式生产，需要将TC4钛合金铸锭的粗大柱状晶粒通过充分地变形细化β晶粒，一般情况下，所需的变形量不能少于80％，若要满足一些严苛的军品标准，所需的变形量需达到300％以上，才能满足使用要求。因此，如何快速细化TC4钛合金铸锭的铸态组织降低制造成本，一直是钛合金加工行业的研究重点方向之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种细晶组织TC4钛合金棒材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:

一方面，本发明提供了一种细晶组织TC4钛合金棒材，通过在TC4钛合金中添加P元素和S元素，并控制P元素和S元素的质量比为(1～40)：(1～10)。

进一步，添加P元素含量为0.0005％～0.02％，添加S元素含量为0.0005％～0.005％。

进一步，所述P元素的加入采用含P元素的AlV合金加入，所述S元素的加入采用含S元素的AlV合金加入。

另一方面，本发明还提供了一种基于上述部分或全部所述细晶组织TC4钛合金棒材的制备方法，具体包括如下步骤：

1)制备电极块：使用含P元素的AlV合金和含S元素的AlV合金，P元素的添加量为0.0005％～0.02％，S元素的添加量为0.0005％～0.005％，其余组分按TC4钛合金国家标准要求的配比添加；

2)焊接自耗电极：对步骤1)得到的电极块进行组焊得到自耗电极；

3)采用真空自耗电弧炉对步骤2)得到的自耗电极进行三次真空熔炼，获得TC4钛合金铸锭；

4)将步骤3)的TC4钛合金铸锭，在相变点以上加热至1010～1200℃进行2火次镦拔锻造，保温120～1000min后出炉，镦拔锻造，变形总量控制在30％～80％，以破碎铸态组织；在相变点以下加热至T_β-(30～80)℃，进行2～4次锻造，变形总量控制在30％～70％，锻后空冷，获得组织均匀的TC4钛合金棒材。

进一步，经过相同的锻造总变形量，添加P元素和S元素的TC4钛合金棒材与未添加P元素和S元素的TC4钛合金棒材的β晶粒平均晶粒度相比，提高了4～5级且β晶粒平均晶粒尺寸减小50～80％。

进一步，添加P元素和S元素的TC4钛合金棒材与未添加P元素和S元素的TC4钛合金棒材相比，如棒材达到相同尺寸的β晶粒平均晶粒度，添加时所需的锻造总变形量比无添加时减少25％～50％。

进一步，所述步骤1)中电极块采用大型液压机压制成电极。

进一步，所述步骤2)电极块的焊接电流为180A～400A，焊接电压为25V～45V。